蜗轮曲面数字化设计与制造(附件)
本次毕业设计是对蜗轮蜗杆减速器中的蜗轮进行设计计算，同时也做了蜗轮轴部分的参数计算，并利用SolidWorks的三维建模功能对蜗轮和蜗轮轴进行三维建模，确定设计的准确性之后再进行实物的制造。论文的主要工作部分是：蜗轮的参数设计计算，蜗轮的疲劳强度校核以及蜗轮轴的参数计算和蜗轮轴的刚度校核；最后是蜗轮与蜗轮轴的设计图纸的绘制以及制定工艺路线。本次设计所用的阿基米德蜗轮传动方法，在设计上有着简便的特性，以及自带的互换性能够良好的应用在实际使用中。关键词 蜗轮，设计计算，校核，三维建模目 录
1 引言1
2 蜗轮蜗杆减速器的简介与设计1
2.1 蜗轮蜗杆减速器的简介1
2.2 本课题设计的内容和意义3
3 蜗轮设计的计算与绘制 4
3.1 设计题目 4
3.2 带式运输机的工作原理图 4
3.3 传动方案的设计 4
3.4 电动机的选择 5
3.5 蜗轮材料的选定 5
3.6 蜗轮的参数计算6
4 蜗轮疲劳强度的校核14
4.1 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 14
4.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算 14
5 蜗轮轴的设计15
6 蜗轮轴的校核17
7 键槽的选用20
8 轴承的选用20
9 实体的设计21
10结论24
11致谢25
12 参考文献26
1 引言
随着计算机科技的不断发展，传统的二维设计其不能直观对设计产品进行模拟预演的特性，已经不能满足现在的生产和设计的要求。因此，已有的三维设计类软件，如UG，Solidworks等，能够对设计的产品进行预先展览，并且能够装配各个零件，组成装配体，因其简便、直观的性能使得三维设计软件得到更加广泛的使用。区别于传统二维设计出现错误时，检查错误所花费的时间和着手点的未知性，三维设计软件要方便很多，其能够通过对已经完成的装配体的干涉检查预先知道是否会产生错误，其次，零件图的独立性又很方便对产品的尺寸进行修改。通过这样的三维软件设计出来的产品，能够明显的缩
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UG，Solidworks等，能够对设计的产品进行预先展览，并且能够装配各个零件，组成装配体，因其简便、直观的性能使得三维设计软件得到更加广泛的使用。区别于传统二维设计出现错误时，检查错误所花费的时间和着手点的未知性，三维设计软件要方便很多，其能够通过对已经完成的装配体的干涉检查预先知道是否会产生错误，其次，零件图的独立性又很方便对产品的尺寸进行修改。通过这样的三维软件设计出来的产品，能够明显的缩短设计所需的成本和时间，同时还能提高设计的质量。
而本课题研究的内容是蜗轮曲面数字化设计与制造，蜗轮减速器作为传统的减速器之一，因其应用广泛，且性能优良，所以值得仔细的研究。本课题主要负责蜗轮的曲面设计，所用的曲面设计方法是阿基米德圆柱蜗杆传动（ZA型）。所用到的三维设计软件是Solidworks，通过对蜗轮曲面参数的详细计算，得以对蜗轮进行三维建模；并且对与蜗轮装配的蜗轮轴的计算与校核，得以将蜗轮轴与蜗轮进行装配，得到最终的成品。
2 蜗轮蜗杆减速器的简介与设计意义
2.1 蜗轮蜗杆减速器的简介
蜗轮蜗杆减速器是是利用齿轮的速度转换器，来传递动力的机器，一般来说，输入轴与电动机相连接，输出轴与卷筒相连接，而通过变换电动机的类型，能够得到所需要的回转数，并且能得到比较大转矩。因而被广泛的用在起重、传动相关的方面。
蜗轮蜗杆减速器主要部分为：箱体，蜗轮，蜗轮轴，蜗杆，蜗杆轴和轴承这几个部分。而具有反向自锁功能是蜗轮蜗杆减速器的主要特点，并且能够有很大的减速比。
蜗杆传动的类型按蜗杆母体形状可分为以下三种：
1）圆柱蜗杆传动
2）环面蜗杆传动
3）锥齿轮传动
其中圆柱蜗杆传动的结构比较简单、加工方便，所以它的应用范围比较广，但是
承载能力小。
而环面蜗杆传动包容齿数多，双线接触且润滑角大、综合曲率半径大。因此，承
载能力可以达到相同中心距是普通蜗杆传动的1.5~3倍。而齿面良好的润滑条件减少了啮合损失，增加了传动效率。但是蜗杆齿面难以磨削、制造工艺也很复杂。[1]
锥蜗杆同时接触的齿的对数多，重合度大，所以传动很平稳；做单级传动时，传动比可达到10~400；接触线和相对滑动之间的夹角接近90°，齿面间容易形成润滑油膜，因此承载能力大，传动效率高；侧隙便于控制和调整；能作为离合器使用；可节约有色金属；制造安装方便，工艺性好。但由于结构上的原因，传动具有不对称性，因而正反转时受力不同，导致承载能力和效率也不同。[1]
对比于以上三种蜗杆传动的优点和缺点，本次设计选用圆柱蜗杆传动。由于圆柱蜗杆传动中的法向直廓蜗杆（ZN）常做机床的多头精密蜗杆传动；渐开线蜗杆（ZI）常用在滚齿机、磨齿机等的多头精密蜗杆传动；锥齿面在加工时刀具难免磨损，因而加工难度比较大；而圆弧圆柱蜗杆传动（ZC）传动中心距难调整，传动质量对中心距的敏感性较强。[2]
最后综合考虑加工的难度，设计的简便，以及经济性和互换性等要求，本次设计采用阿基米德蜗杆传动（ZA）型，来设计制造。
图2.1 蜗轮蜗杆传动
图2.2 蜗轮蜗杆减速器
2.2 本课题设计的内容和意义
本次毕业设计设计的内容分为以下几个部分：
1）蜗轮曲面参数的计算
2）蜗轮曲面的疲劳强度校核
3）蜗轮轴的设计与校核
4）蜗轮与蜗轮轴的三维建模
5）加工图纸的设计
6）工艺路线规划
本次毕业设计的意义：
在本次毕业设计中，对蜗轮的曲面进行三维设计的造型与计算，并用Solidworks对蜗轮曲面和蜗轮轴的建模与装配，更能直观的了解蜗轮的工作原理。
通过这个此次的设计计算过程，增强了查阅文献的能力，数据库模型的计算和建立，不是仅仅只要查阅一本设计手册，而是需要多本设计手册做比较，取其中优良的几个设计公式和设计的原理。并且需要参照实际设计中的设计方法和步骤，从而设计出属于自己的更加清晰明了的设计方案。
而本次毕业设计中蜗轮的绘制借助了迈迪三维设计工具集的帮助，大大减少了蜗轮绘制所需的时间，而且借助软件的计算功能，得到的数据能够让没有实际接触过实体制造的人与自己计算的数据相比较，检查数据的可靠性。对于设计的新手来说，具有重大的意义。
尤其是加工之前的图纸部分是关键，这是对四年来机械绘图方面的知识的一个汇总，能够体现对绘图方面知识的了解程度。
三维建模的模型和实体的制造是一个良好的互动，对比于三维模型，可以通过对实体模型的运转来对比设计的是否合理和完善。这就像体验了一次实际的生产设计制造过程，是一份不可多得的体验。
3 蜗轮的设计计算
1 引言1
2 蜗轮蜗杆减速器的简介与设计1
2.1 蜗轮蜗杆减速器的简介1
2.2 本课题设计的内容和意义3
3 蜗轮设计的计算与绘制 4
3.1 设计题目 4
3.2 带式运输机的工作原理图 4
3.3 传动方案的设计 4
3.4 电动机的选择 5
3.5 蜗轮材料的选定 5
3.6 蜗轮的参数计算6
4 蜗轮疲劳强度的校核14
4.1 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 14
4.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算 14
5 蜗轮轴的设计15
6 蜗轮轴的校核17
7 键槽的选用20
8 轴承的选用20
9 实体的设计21
10结论24
11致谢25
12 参考文献26
1 引言
随着计算机科技的不断发展，传统的二维设计其不能直观对设计产品进行模拟预演的特性，已经不能满足现在的生产和设计的要求。因此，已有的三维设计类软件，如UG，Solidworks等，能够对设计的产品进行预先展览，并且能够装配各个零件，组成装配体，因其简便、直观的性能使得三维设计软件得到更加广泛的使用。区别于传统二维设计出现错误时，检查错误所花费的时间和着手点的未知性，三维设计软件要方便很多，其能够通过对已经完成的装配体的干涉检查预先知道是否会产生错误，其次，零件图的独立性又很方便对产品的尺寸进行修改。通过这样的三维软件设计出来的产品，能够明显的缩
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
UG，Solidworks等，能够对设计的产品进行预先展览，并且能够装配各个零件，组成装配体，因其简便、直观的性能使得三维设计软件得到更加广泛的使用。区别于传统二维设计出现错误时，检查错误所花费的时间和着手点的未知性，三维设计软件要方便很多，其能够通过对已经完成的装配体的干涉检查预先知道是否会产生错误，其次，零件图的独立性又很方便对产品的尺寸进行修改。通过这样的三维软件设计出来的产品，能够明显的缩短设计所需的成本和时间，同时还能提高设计的质量。
而本课题研究的内容是蜗轮曲面数字化设计与制造，蜗轮减速器作为传统的减速器之一，因其应用广泛，且性能优良，所以值得仔细的研究。本课题主要负责蜗轮的曲面设计，所用的曲面设计方法是阿基米德圆柱蜗杆传动（ZA型）。所用到的三维设计软件是Solidworks，通过对蜗轮曲面参数的详细计算，得以对蜗轮进行三维建模；并且对与蜗轮装配的蜗轮轴的计算与校核，得以将蜗轮轴与蜗轮进行装配，得到最终的成品。
2 蜗轮蜗杆减速器的简介与设计意义
2.1 蜗轮蜗杆减速器的简介
蜗轮蜗杆减速器是是利用齿轮的速度转换器，来传递动力的机器，一般来说，输入轴与电动机相连接，输出轴与卷筒相连接，而通过变换电动机的类型，能够得到所需要的回转数，并且能得到比较大转矩。因而被广泛的用在起重、传动相关的方面。
蜗轮蜗杆减速器主要部分为：箱体，蜗轮，蜗轮轴，蜗杆，蜗杆轴和轴承这几个部分。而具有反向自锁功能是蜗轮蜗杆减速器的主要特点，并且能够有很大的减速比。
蜗杆传动的类型按蜗杆母体形状可分为以下三种：
1）圆柱蜗杆传动
2）环面蜗杆传动
3）锥齿轮传动
其中圆柱蜗杆传动的结构比较简单、加工方便，所以它的应用范围比较广，但是
承载能力小。
而环面蜗杆传动包容齿数多，双线接触且润滑角大、综合曲率半径大。因此，承
载能力可以达到相同中心距是普通蜗杆传动的1.5~3倍。而齿面良好的润滑条件减少了啮合损失，增加了传动效率。但是蜗杆齿面难以磨削、制造工艺也很复杂。[1]
锥蜗杆同时接触的齿的对数多，重合度大，所以传动很平稳；做单级传动时，传动比可达到10~400；接触线和相对滑动之间的夹角接近90°，齿面间容易形成润滑油膜，因此承载能力大，传动效率高；侧隙便于控制和调整；能作为离合器使用；可节约有色金属；制造安装方便，工艺性好。但由于结构上的原因，传动具有不对称性，因而正反转时受力不同，导致承载能力和效率也不同。[1]
对比于以上三种蜗杆传动的优点和缺点，本次设计选用圆柱蜗杆传动。由于圆柱蜗杆传动中的法向直廓蜗杆（ZN）常做机床的多头精密蜗杆传动；渐开线蜗杆（ZI）常用在滚齿机、磨齿机等的多头精密蜗杆传动；锥齿面在加工时刀具难免磨损，因而加工难度比较大；而圆弧圆柱蜗杆传动（ZC）传动中心距难调整，传动质量对中心距的敏感性较强。[2]
最后综合考虑加工的难度，设计的简便，以及经济性和互换性等要求，本次设计采用阿基米德蜗杆传动（ZA）型，来设计制造。
图2.1 蜗轮蜗杆传动
图2.2 蜗轮蜗杆减速器
2.2 本课题设计的内容和意义
本次毕业设计设计的内容分为以下几个部分：
1）蜗轮曲面参数的计算
2）蜗轮曲面的疲劳强度校核
3）蜗轮轴的设计与校核
4）蜗轮与蜗轮轴的三维建模
5）加工图纸的设计
6）工艺路线规划
本次毕业设计的意义：
在本次毕业设计中，对蜗轮的曲面进行三维设计的造型与计算，并用Solidworks对蜗轮曲面和蜗轮轴的建模与装配，更能直观的了解蜗轮的工作原理。
通过这个此次的设计计算过程，增强了查阅文献的能力，数据库模型的计算和建立，不是仅仅只要查阅一本设计手册，而是需要多本设计手册做比较，取其中优良的几个设计公式和设计的原理。并且需要参照实际设计中的设计方法和步骤，从而设计出属于自己的更加清晰明了的设计方案。
而本次毕业设计中蜗轮的绘制借助了迈迪三维设计工具集的帮助，大大减少了蜗轮绘制所需的时间，而且借助软件的计算功能，得到的数据能够让没有实际接触过实体制造的人与自己计算的数据相比较，检查数据的可靠性。对于设计的新手来说，具有重大的意义。
尤其是加工之前的图纸部分是关键，这是对四年来机械绘图方面的知识的一个汇总，能够体现对绘图方面知识的了解程度。
三维建模的模型和实体的制造是一个良好的互动，对比于三维模型，可以通过对实体模型的运转来对比设计的是否合理和完善。这就像体验了一次实际的生产设计制造过程，是一份不可多得的体验。
3 蜗轮的设计计算
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